Materyalên lîtium niobate fîlima zirav û modulatorê lîtium niobate fîlima zirav

Awantaj û girîngiya fîlima zirav a lithium niobate di teknolojiya fotonê ya mîkropêla yekbûyî de

Teknolojiya fotonê ya mîkropêlanxwedan avantajên firehiya karûbarê mezin, şiyana pêvajoyek paralel a bihêz û windabûna kêm a veguheztinê ye, ku potansiyela wê heye ku stûyê teknîkî ya pergala mîkropêla kevneşopî bişkîne û performansa alavên agahdariya elektronîkî yên leşkerî yên wekî radar, şerê elektronîkî, ragihandin û pîvandin, û kontrol. Lêbelê, pergala fotonê ya mîkro-pêl a ku li ser cîhazên veqetandî ye, hin pirsgirêk hene, wekî hêjmara mezin, giraniya giran û aramiya belengaz, ku bi ciddî sepana teknolojiya fotonê mîkro di platformên fezayî û hewayê de sînordar dike. Ji ber vê yekê, teknolojiya fotonê mîkrojen a yekbûyî dibe piştgiriyek girîng ji bo şikandina sepana fotonê mîkropêla di pergala agahdariya elektronîkî ya leşkerî de û bi tevahî lîstina avantajên teknolojiya fotonê mîkropêl dide.

Heya nuha, teknolojiya entegrasyona fotonîkî ya SI-based û teknolojiya entegrasyona fotonîkî ya INP-ê piştî çend salan pêşkeftina di warê ragihandina optîkî de her ku diçe mazintir bûye, û gelek hilber hatine danîn bazarê. Lêbelê, ji bo serîlêdana fotonê mîkropêl, di van her du celeb teknolojiyên entegrasyona fotonê de hin pirsgirêk hene: Mînakî, hevrêziya elektro-optîkî ya nehêl a modulatorê Si û modulatorê InP berevajî rêzika bilind û taybetmendiyên dînamîkî yên mezin e ku ji hêla mîkropêlê ve têne şopandin. teknolojiya foton; Mînakî, guheztina optîkî ya siliconê ku guheztina riya optîkî nas dike, çi li ser bingeha bandora termal-optîkî, bandora piezoelektrîkê, an jî bandora belavbûna derzîlêdanê ya hilgirê, pirsgirêkên leza guheztina hêdî, xerckirina hêzê û xerckirina germê heye, ku nekare lezê bicîh bîne. skanandina tîrêjê û sepanên fotonên mîkropêla pîvana mezin.

Lithium niobate her dem ji bo leza bilind bijareya yekem emodulasyona elektro-optîkmateryal ji ber bandora wê ya elektro-optîkî ya xêzikî ya hêja. Lêbelê, niobate lîtium kevneşopîmodulator elektro-optîkji materyalê krîstal niobate ya lîtiumê ya girseyî hatî çêkirin, û mezinahiya cîhazê pir mezin e, ku nikare hewcedariyên teknolojiya fotonê ya mîkrojen a yekbûyî bicîh bîne. Meriv çawa materyalên niobate lîtium bi hevahenga elektro-optîkî ya xêzkirî di pergala teknolojiya fotonê ya mîkropêla yekbûyî de yek dike, bûye armanca lêkolînerên têkildar. Di sala 2018-an de, tîmek lêkolînê ji Zanîngeha Harvardê ya Dewletên Yekbûyî yekem teknolojiya entegrasyona fotonîkî ya ku li ser bingeha lîtium niobate fîlima zirav a li Xwezayê ye ragihand, ji ber ku teknolojiyê avantajên entegrasyona bilind, firehiya band modulasyona elektro-optîkî ya mezin, û rêzika bilind a elektro heye. -bandora optîkî, gava ku hate destpêkirin, ew tavilê bû sedema bala akademîk û pîşesaziyê di warê yekbûna fotonîkî û fotonîkên mîkropêlan de. Ji perspektîfa serîlêdana fotonê mîkropêl, ev kaxez bandor û girîngiya teknolojiya entegrasyona fotonê ya ku li ser bingeha fîlima zirav a lîtium niobate li ser pêşkeftina teknolojiya fotonê mîkro-pêl vedikole dinirxîne.

Materyalên lîtium niobate fîlima zirav û fîlima ziravmodulator niobate lithium
Di van du salên dawî de, celebek nû ya materyalê niobate lîtium derketiye holê, ango fîlima nîobatê ya lîtium ji krîstala girs a lîtium nîobate bi rêbaza "îyonê perçekirinê" tê derxistin û bi qatek tampon a silîkayê bi wafera Si ve tê girêdan. ji materyalê LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], ku jê re tê gotin materyalê niobate lîtium fîlima zirav tê gotin. ev kaxez. Rêvebirên pêlên ridge yên bi bilindahiya 100 nanometre zêdetir dikarin li ser materyalên lîtium nîobate fîlima zirav bi pêvajoya guheztina hişk a xweşbîn ve werin xêzkirin, û cûdahiya îndeksa vekêşanê ya bi bandor a rêgirên ku hatî çêkirin dikare bigihîje zêdetirî 0,8 (ji cûdahiya nîşana refraksiyonê ya kevneşopî pir zêde rêgezên pêlên lîtium niobate yên 0,02), wekî ku di jimar 1 de tê xuyang kirin. waveguide dema sêwirana modulatorê berhevkirina zeviya ronahiyê bi qada mîkropêlê re hêsantir dike. Bi vî rengî, sûdwergirtin e ku meriv di dirêjiyek kurt de voltaja nîv-pêl kêmtir û pêlava modulasyonê ya mezintir bi dest bixe.

Xuyabûna lîtium niobate lîtium niobate lîtûka jêr-micron rêbenda tansiyona bilind a ajotinê ya modulatora elektro-optîk a kevneşopî ya lîtium niobate dişkîne. Cûrahiya elektrodê dikare bi ~ 5 μm were kêm kirin, û hevgirtina di navbera qada elektrîkê û qada moda optîkî de pir zêde dibe, û vπ ·L ji zêdetirî 20 V·cm ji 2,8 V·cm kêmtir dibe. Ji ber vê yekê, di binê heman voltaja nîv-pêl de, dirêjahiya amûrê dikare li gorî modulatorê kevneşopî pir kêm bibe. Di heman demê de, piştî xweşbînkirina parametreyên firehî, stûrbûn û navbera elektrodê pêla rêwîtiyê, wekî ku di wêneyê de tê xuyang kirin, modulator dikare xwedan şiyana pêlava modulasyona ultra-bilind a ji 100 GHz mezintir be.

Fig.1 (a) belavkirina modê ya hesabkirî û (b) wêneyê beşa xaça rêberiya pêla LN

Fig.2 (a) Struktura pêlêk û elektrodê û (b) hevrêziya modulatorê LN

Berawirdkirina modulatorên lîtium niobate yên fîlima zirav bi modulatorên bazirganî yên kevneşopî yên lîtium niobate, modulatorên-based silicon û modulatorên indium fosfide (InP) û modulatorên elektro-optîkî yên bi leza bilind ên heyî, parametreyên sereke yên berhevdanê ev in:
(1) Hilbera dirêjiya voltê ya nîv-pêl (vπ ·L, V·cm), pîvandina kargêriya modulasyonê ya modulatorê, nirxa piçûktir, kargêriya modulasyonê ew qas bilindtir e;
(2) Bandora modulasyona 3 dB (GHz), ku bersiva modulatorê ji modulasyona frekansa bilind re dipîve;
(3) Di herêma modulasyonê de windabûna têketina optîkî (dB). Ji tabloyê tê dîtin ku modulatorê lîtium niobate fîlima nazik di berbeha bandê ya modulasyonê, voltaja nîv-pêl, windabûna interpolasyona optîkî û hwd de xwedan avantajên eşkere ye.

Silicon, wekî kevirê bingehîn ê optoelektronîkên yekbûyî, heya nuha hatî pêşve xistin, pêvajo gihîştî ye, piçûkkirina wê ji bo entegrasyona mezin a amûrên çalak / pasîf dibe alîkar, û modulatorê wê bi berfirehî û kûr di warê optîkî de hatî lêkolîn kirin. agahhesînî. Mekanîzmaya modulasyona elektro-optîkî ya silicon bi giranî dakêşandina hilgirê, derziya hilgirê û berhevkirina hilgirê ye. Di nav wan de, bendera modulatorê bi mekanîzmaya kêmkirina hilgirê dereca xêzkirî re çêtirîn e, lê ji ber ku belavkirina qada optîkî bi neyekheviya devera tinebûnê re hevûdu dike, ev bandor dê tehlîlkirina rêza duyemîn a nehêl û tehlûka intermodulasyona rêza sêyemîn destnîşan bike. şert û mercên, digel bandora vegirtinê ya hilgirê li ser ronahiyê, ku dê bibe sedema kêmkirina modulasyona optîkî amplitude û berovajîkirina sînyala.

Modulatora InP xwedan bandorên elektro-optîkî yên berbiçav e, û strukturên baş ên kuantumê yên pir-qatî dikarin modulatorên voltaja ajotinê ya pir-bilind û nizm bi Vπ·L heya 0,156V · mm rast bikin. Lêbelê, guheztina nîşana refraksiyonê ya bi qada elektrîkê re şertên xêz û nehêle vedihewîne, û zêdebûna tundiya qada elektrîkê dê bandora rêza duyemîn diyar bike. Ji ber vê yekê, modulatorên elektro-optîkî yên silicon û InP hewce ne ku biasê bicîh bikin da ku dema ku ew kar dikin pevgirêka pn ava bikin, û pêveka pn dê windabûna vegirtinê bide ronahiyê. Lêbelê, mezinahiya modulatorê van her duyan piçûk e, mezinahiya modulatora InP ya bazirganî 1/4 ya modulatora LN ye. Karbidestiya modulasyonê ya bilind, ji bo torên veguheztina optîkî yên dîjîtal ên dendika bilind û dûr û kurt ên wekî navendên daneyê maqûl e. Bandora elektro-optîkî ya niobate lîtium xwedan mekanîzmaya vegirtina ronahiyê û windabûna kêm nîne, ku ji bo hevrêziya dûr û dirêj maqûl e.ragihandina optîkbi kapasîteya mezin û rêjeya bilind. Di serîlêdana fotonê mîkropêlê de, hevrêzên elektro-optîkî yên Si û InP nehêl in, ku ji bo pergala fotonê ya mîkro-pêl a ku xêziya bilind û dînamîkên mezin dişopîne ne guncan e. Materyalên niobate lîtium ji bo serîlêdana fotonên mîkro-pêl pir maqûl e ji ber ku hevrêziya modulasyona elektro-optîka wê ya bi tevahî rêzik e.